УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Российский патент 2008 года по МПК G01R15/00 

Настоящее изобретение касается устройства для измерения силы электрического тока, которое приспособлено для использования в счетчиках электрической энергии.

Несколько различных типов датчиков электрического тока могут быть использованы в счетчике электрической энергии, и эти датчики описаны в патенте FR 2800167.

Известны датчики электрического тока, работающие с использованием эффекта Холла, в которых элемент Холла подвергается воздействию магнитного поля, формируемого электрическим током, проходящим через первичную обмотку. Электрическое напряжение, измеренное на клеммах элемента Холла, пропорционально силе электрического тока, проходящего через эту первичную обмотку.

В датчиках электрического тока другого типа используют электрический трансформатор с взаимной индуктивностью. Датчики этого типа содержат первичный электрический проводник, в целом имеющий вид открытой петли U-образной формы, и вторичную обмотку, которая чувствительна к магнитному полю и которая намотана на катушку, расположенную внутри первичного электрического проводника. Вторичная обмотка подвергается воздействию магнитного поля, возникающего в результате прохождения электрического тока через первичный электрический проводник, и сигнал, снимаемый с клемм вторичной обмотки трансформатора, представляет собой отображение производной по времени от электрического сигнала, приложенного к первичной обмотке. Первичный электрический проводник представляет собой сплошной электрический кабель цилиндрической формы, по которому проходит электрический ток, сила которого подлежит измерению, и концы которого закреплены на контактных клеммах, расположенных в счетчике электрической энергии.

Однако такое техническое решение имеет определенные недостатки.

Так, например, в случае измерения электрического тока значительной силы диаметр первичного электрического кабеля должен быть относительно большим, что вызывает увеличение поперечного сечения этого кабеля. Увеличенное поперечное сечение влечет за собой увеличение ширины и, как следствие, возрастание общей стоимости датчика электрического тока.

В то же время, поскольку современные счетчики электрической энергии становятся все более миниатюрными, необходимо делать возможно более компактными используемые в них датчики электрического тока.

Кроме того, существуют различные типы контактных клемм, которые обеспечивают возможность соединения датчика электрического тока с концами первичного электрического проводника. Различные конструктивные решения этих контактных клемм приводят к необходимости модифицировать структуру первичного электрического кабеля, что достаточно трудно сделать, поскольку он имеет сплошную цилиндрическую форму.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в создании устройства для измерения силы электрического тока, которое имеет уменьшенные размеры и относительно небольшую стоимость, позволяет обеспечить достаточно простую адаптацию к любым типам контактных клемм, используемых в счетчиках электрической энергии, и не вызывает механических напряжений во вторичной обмотке в процессе сжатия концов первичного электрического проводника при их внутреннем или наружном закреплении на контактных клеммах.

Поставленная техническая задача согласно изобретению решается путем создания устройства для измерения силы электрического тока, которое содержит

первичный электрический проводник U-образной формы, имеющий среднюю часть, по существу, круглой формы, центрированную относительно центральной оси, и две ветви - первую и вторую,

вторичную обмотку, чувствительную к воздействию магнитного поля, расположенную между первой и второй ветвями первичного электрического проводника,

которое характеризуется тем, что первичный электрический проводник представляет собой плоский профилированный элемент, изогнутый в виде детали U-образной формы, первая ветвь которого скручена на угол 90° в первом направлении кручения, а вторая ветвь скручена на угол 90° во втором направлении кручения.

При использовании предлагаемого изобретения первичный электрический проводник выполнен в виде плоского профилированного элемента, изготовленного из электропроводного материала, поперечное сечение которого обеспечивает прохождение подлежащего измерению электрического тока. Факт использования плоского профилированного элемента, согнутого в виде детали U-образной формы, вместо сплошного электрического проводника цилиндрической формы позволяет уменьшить общую ширину устройства и сделать измерительное устройство более компактным.

Кроме того, компактность позволяет ограничить количество материала, используемого для изготовления экрана, окружающего первичную и вторичную части устройства. Экран, изготовленный из материала типа мю-металла (магнитного сплава), действительно является дорогостоящим.

Кроме того, легко манипулировать ветвями этого плоского профилированного элемента, согнутого в виде детали U-образной формы, а также концами этих ветвей, чтобы придать им соответствующую форму, необходимую для вхождения в контакт с различными типами клемм счетчиков электрической энергии.

И наконец, важно, чтобы обе выходные ветви первичного электрического проводника были симметричными по отношению к некоторой плоскости симметрии, причем одна из этих ветвей скручена влево, а другая скручена вправо, или наоборот. Два поворота в противоположных направлениях позволяют локально сблизить две ветви первичного электрического проводника таким образом, чтобы как можно плотнее охватить вторичную обмотку. Первичный электрический проводник, выходящий из установки для его изготовления, имеет определенные дефекты геометрической формы, которые должны укладываться в принятые геометрические допуски. Сжатие двух ветвей либо на контактных клеммах, либо внутри этих клемм приводит к тому, что в присутствии геометрических дефектов результирующее механическое напряжение остается в плоскости симметрии и не может переместить вторичную обмотку или деформировать экран. Очень важно иметь возможность сохранить при монтаже, а затем и в процессе эксплуатации, соответствующее положение каждого из элементов данного устройства, чтобы механические напряжения, возникающие в первичном электрическом проводнике, не приводили к изменению этого положения.

Предпочтительно в том случае, когда обе ветви первичного электрического проводника скручены и, в соответствии с первым вариантом реализации предлагаемого изобретения, конец каждой из ветвей является плоским.

Таким образом, на основе вертикально расположенного плоского профилированного элемента получают две плоские горизонтальные ветви. Эти плоские горизонтальные концы особенно полезны при вхождении в так называемые гнутые контактные клеммы, которые имеют форму параллелепипеда. В случае, когда первичный электрический проводник представляет собой сплошной кабель, необходимо расплющить конец этого проводника, чтобы вставить его в контактную клемму подобного типа.

Плоские и расположенные горизонтально концы могут быть закреплены при помощи крепежных винтов на верхней части некоторых типов клемм.

В том случае, когда обе ветви имеют кручение, в соответствии со вторым способом реализации предлагаемого изобретения, конец каждой из упомянутых ветвей имеет полуцилиндрическую форму.

Концы, имеющие полуцилиндрическую форму, особенно полезны в случае их введения в контактные клеммы, имеющие цилиндрические отверстия для осуществления электрического контакта.

Вторичная обмотка по существу центрирована относительно центральной оси.

Предпочтительно предлагаемое устройство содержит экран для магнитной изоляции системы, образованной первичным электрическим проводником и вторичной обмоткой.

Предпочтительно экран представляет собой металлическую ленту в виде кольца, которое, по существу, имеет форму параллелепипеда, охватывающего первичный электрический проводник и вторичную обмотку.

Предпочтительно устройство содержит катушку, на которую намотана вторичная обмотка, и эта катушка с вторичной обмоткой содержит средства обеспечения электрического контакта, причем эти средства изогнуты таким образом, чтобы обеспечить установление электрического контакта между экраном и одним концом вторичной обмотки.

Упомянутые средства обеспечения электрического контакта реализованы в виде одного электропроводного стержня, имеющего загнутый конец для входа в контакт с экраном.

Предпочтительно устройство содержит средства электрической изоляции первичного электрического проводника и вторичной обмотки, причем средства электрической изоляции содержат приемную камеру, расположенную внутри первичного электрического проводника, центрированную на центральной оси и предназначенную для размещения в ней вторичной обмотки.

Таким образом обеспечивается удовлетворительная электрическая изоляция между первичным электрическим проводником и вторичной обмоткой при условии центрирования вторичной обмотки.

Предпочтительно устройство содержит экран для магнитной изоляции системы, образованной первичным электрическим проводником и вторичной обмоткой, а средства изоляции перекрываются этим экраном и содержат средства для удержания экрана неподвижно.

В этом случае нет необходимости в индивидуальной изоляции основного электрического проводника, поскольку экран отделен от основного электрического проводника средствами изоляции. Необходимость индивидуальной изоляции основного проводника ставит определенные проблемы, поскольку индивидуальная изоляция должна быть удалена с проводника на уровне его концов, входящих в электрический контакт с клеммами счетчика электрической энергии, но благодаря предлагаемому изобретению эта операция исключается.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых

фиг.1 изображает устройство для измерения силы электрического тока, согласно изобретению,

фиг.2 - общий вид устройства (в разобранном виде), согласно изобретению,

Фиг.3 - общий вид первого варианта воплощения первичного электрического проводника, используемого в устройстве, согласно изобретению,

Фиг.4 - общий вид второго варианта реализации первичного электрического проводника, используемого в устройстве, согласно изобретению.

Устройство 1 (фиг.1) для измерения силы электрического тока в соответствии с предлагаемым изобретением содержит первичный электрический проводник 2, вторичную обмотку 6, экран 5, средства электрической изоляции 4.

Первичный электрический проводник 2 представляет собой плоский профилированный элемент, изогнутый в виде детали U-образной формы (фиг.3). Этот плоский профилированный элемент имеет толщину е, которая составляет около 2 мм, и высоту h около 10 мм для подлежащего измерению тока, сила которого составляет максимум 120А. Первичный электрический проводник изготовлен из электролитической меди.

Первичный электрический проводник 2 содержит первую ветвь 19, имеющую конец 19А, вторую ветвь 20, имеющую конец 20А, по существу круглую среднюю часть 16, центрированную на так называемой центральной оси С.

Первая ветвь 19 имеет участок 13 кручения на угол 90° таким образом, чтобы ее конец 19А оказался в горизонтальной плоскости.

Вторая ветвь 20 имеет участок 12 кручения на угол 90° таким образом, чтобы ее конец 20А оказался в горизонтальной плоскости и чтобы обе ветви 19 и 20 оказались в непосредственной близости друг к другу на уровне упомянутых участков 13 и 12 кручения.

Плоские горизонтальные концы 20А и 19А (фиг.3) входят в так называемые гнутые клеммы 3, реализуя электрический контакт, причем клеммы имеют, по существу, форму параллелепипеда (фиг.1 и 2). Клеммы 3 являются элементами счетчика электрической энергии (не показан). Следует отметить, что каждый из этих плоских концов 20А и 19А содержит также отверстие 15, позволяющее зафиксировать эти концы путем привинчивания в соответствующих клеммах.

Вторичная обмотка 6 (фиг.2) представляет собой проволоку, например, имеющую толщину 63 мкм, намотанную на каркас или на катушку 7, внешний диаметр которой составляет примерно 8,4 мм и высота которой составляет 9 мм. Через каркас 7 проходят два стержня, обеспечивающие электрический контакт 8 и 9. Конец 10 контактного стержня 8 изогнут в направлении вверх таким образом, чтобы осуществить контакт с экраном 5.

Средства 4 электрической изоляции содержат две оболочки 4А и 4 В, соответственно верхнюю и нижнюю оболочки, изготовленные из полипропилена. Верхняя оболочка 4А содержит полость 11, располагающуюся внутри первичного электрического проводника 2, центрированную по центральной оси С и предназначенную для размещения в ней катушки 7 со вторичной обмоткой 6. Нижняя оболочка 4В содержит канавки 22 для размещения в них ветвей 19 и 20 первичного электрического проводника 2.

Обе оболочки 4А и 4В вплотную примыкают к первичному электрическому проводнику 2, чтобы обеспечить его электрическую изоляцию от остальной части устройства 1. Эти оболочки обеспечивают также центрирование и неподвижную фиксацию вторичной обмотки 6 на катушке 7 в центре круглой средней части 16 первичного электрического проводника 2.

Экран 5 представляет собой кольцо по существу в форме параллелепипеда. Экран имеет возможность перемещаться со скольжением по оболочкам 4А и 4В и фиксирует в неподвижном положении вторичную обмотку 6. Экран 5 изготовлен из ленты мю-металла, изогнутой соответствующим образом и скрепленной при помощи замка 21 типа "ласточкин хвост". Нижняя оболочка 4В содержит защелки 17, которые позволяют неподвижно зафиксировать экран 5 и крышку 18.

При установке экрана 5 на место он проходит поверх двух защелок 17, деформируя оболочку 4В. После того, как этот экран оказывается на своем месте, обе защелки 17 снова занимают исходное положение и препятствуют удалению экрана. Чтобы зафиксировать две защелки 17 и быть уверенным в том, что даже в случае удара экран 5 останется на месте, крышка 18 закрывается и препятствует обратному ходу на сближение защелок 17.

На фиг.3 представлен первый вариант выполнения первичного электрического проводника, используемого в устройстве согласно изобретению (фиг.1 и 2).

На фиг.4 представлен второй вариант реализации первичного электрического проводника 100, также используемого в устройстве согласно изобретению.

Первичный электрический проводник 100 идентичен первичному электрическому проводнику, показанному на фиг.3, за исключением того, что каждая из двух ветвей имеет конец 101А или 102А, имеющий форму полуцилиндра.

Концы 101А и 102А предназначены для введения в контактные клеммы, имеющие цилиндрические отверстия, чтобы реализовать электрический контакт со счетчиком электрической энергии.

Предлагаемое изобретение не ограничивается описанными выше способами его реализации. В частности, форма концов ветвей первичного электрического проводника была представлена как плоская или полуцилиндрическая, однако могут быть рассмотрены и другие геометрические формы этих концов, позволяющие соответствующим образом подключиться к другим типам контактных клемм.

Предложенное изобретение касается устройства для измерения силы электрического тока, которое приспособлено для использования в счетчиках электрической энергии. Техническая задача настоящего изобретения состоит в создании устройства для измерения силы электрического тока, которое имеет уменьшенные размеры, позволяет обеспечить достаточно простую адаптацию к любым типам контактных клемм, используемых в счетчиках электрической энергии, и не вызывает механических напряжений во вторичной обмотке в процессе сжатия концов первичного электрического проводника при их внутреннем или наружном закреплении на контактных клеммах. Предложенное устройство для измерения силы электрического тока содержит первичный электрический проводник U-образной формы, имеющий среднюю часть, по существу, круглой формы, центрированную относительно центральной оси, и две ветви - первую и вторую ветви, вторичную обмотку, чувствительную к воздействию магнитного поля, расположенную между первой и второй ветвями первичного электрического проводника, при этом первичный электрический проводник представляет собой плоский профилированный элемент, изогнутый в виде детали U-образной формы, первая ветвь которого имеет участок, скрученный на угол 90° в первом направлении кручения, а вторая ветвь имеет участок, скрученный на угол 90° во втором направлении кручения. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (1) для измерения силы электрического тока, содержащее

первичный электрический проводник (2) U-образной формы, имеющий среднюю часть (16) по существу круглой формы, центрированную относительно центральной оси (С), и две ветви, первую (19) и вторую (20),

вторичную обмотку (6), чувствительную к воздействию магнитного поля, расположенную между первой (19) и второй (20) ветвями первичного электрического проводника (2),

отличающееся тем, что первичный электрический проводник (2) представляет собой плоский профилированный элемент, изогнутый в виде детали U-образной формы, первая ветвь (19) которого имеет участок (13), скрученный на угол 90° в первом направлении кручения, а вторая ветвь (20) имеет участок (12), скрученный на угол 90° во втором направлении кручения.